提文雁 段卓骏 江苏省广播电视总台

调频广播覆盖场强预测与实测分析

提文雁 段卓骏 江苏省广播电视总台

随着城市规模发展及高楼、桥梁的增多，城市地貌日新月异，这对调频广播覆盖有一定的影响。定期对调频广播覆盖场强进行测量，及时了解覆盖区域及收听效果的变化情况，对广播电台而言意义重大。本文主要针对调频广播信号的特点，对测量场强的方法进行了分析研究，从而提高调频广播覆盖场强测量的准确性和高效性。

调频广播 场强 统计曲线法 预测 实测

一、引言

调频信号的辐射范围及收听效果是广播电台关注的重点，对此需要通过场强测量来实现。调频广播场强测量在检验调频广播覆盖效果，测量干扰信号，测量发射天线系统的辐射性能，研究该频段的电波传播规律等方面起着非常重要的作用，为频率规划和广播电台节目覆盖提供了技术依据。场强测量是广播监测工作中的重要内容,调频广播信号以无线电波为传播媒介，具有较强的抽象性，要对它在空中某一点的电场强度进行准确测量受到地形地貌、自然环境等诸多因素的影响。所以一直以来，对空中某点的信号场强测量具有一定的复杂性，工作量大且具有重复性。

本文运用统计曲线法对场强测量进行理论预测，并与实地测量相结合进行分析，从而在实际场强测量中提高测量值的准确性及测量工作的效率。

二、场强预测

2.1 场强预测方法选择

调频广播场强频段（VHF）预测计算方法主要有以下两种：

一种是 ITU-R推荐的统计曲线法（简称“崎岖度”法），对计算点的场强加以修正求得所计算的场强。首先，计算得到特定方向该段距离的崎岖度，结合由用户提供的发射器参数，根据用户所选用的曲线进行计算，最后得到充分考虑地形因素的场强值。

一种是刃形绕射传播模式法（简称“剖面图”法），根据地形剖面图统计各个绕射点的绕射损耗，再用自由空间场强与之相减即可得到该点的场强值,在地形复杂的情况下，对具体接收点的场强可以计算得比较准确。

一般采用ITU-R 建议书的统计曲线法计算调频和电视广播的场强预测值 , 它的优点是:

( 1 )引入地形崎岖度和天线有效高度的概念，只要知道每个方向 3 至50 公里地段内, 每公里处的地形数据 ，就十分容易计算出预测的场强值，因此使丘陵和山区的场强预测值的计算简化。这种方法，虽然对于点对点的传播场强预测误差较大，需用其他方法计算，但对调频和电视覆盖网规划大面积计算，可得到一个大致准确的数值，据此编制出的覆盖网的技术规划，整体布局也大致准确合理。

( 2 )视距内的曲线部分，是按理论计算并考虑了散射的存在，再根据实测数据进行修正作出的，因此视距内的场强预测值比较符合实测值。

2.2 场强的预测数学模型

在广播电视规划中，我国已颁布标准，把 ITURP.370，ITU-RP.1546，ITU-RP.526 三大无线电波传播模型作为我国广播电视覆盖规划管理的基础覆盖预测模型。其中 ITU-RP.370、ITU-RP.1546 为理论公式和实测数据混合模型，ITU-RP.526为建立在抽象化理论基础上的模型。ITU-RP.1546 模型是国际电联于2001 年颁布的一个电波传播模型，所提供的传播模型主要适用于30-3000MHz频率范围内和1-1000km距离范围内的广播、陆地移动、水上移动以及某些固定业务（例如点对多点系统）中点对面的场强预测。ITU-RP.1546电波模型基于1KW发射机，提出了围绕发射频率、传播路径、实践概率三个可变量参数下的电波传播模型，共涵括了24类模型，并且利用内插或者外推法，可以推导其他值和更大范围内的电波传播预测。

2.3 理论场强计算

根据统计曲线法，离发射机距离为D（km）处的场强E（dBμV/m）可以由下面公式计算：

E = Pe + E1 -A dB(μV/m)

Pe: 有效辐射功率，dB (kW)。

E1: 归一化场强，为光滑球面上 1kW 有效辐射功率在观察点所形成的场强dB，(μV/m)。

A: 地形有关的衰减系数如崎岖度Δh等，查表得出 dB 。

以江苏省广播电视塔发射的FM93.7MHz为例。通过资料得到FM93.7发射功率为10kW，发射机额定输出功率P=10dB (kW)。电视塔天线高度约为293.8m，使用水平极化八层八面天线，使用馈管型号为SDY-50-80，长度约为320米。

（1）计算有效辐射功率Pe

发射机额定输出功率P=10dB (kW)。电视塔使用水平极化八层八面天线，对照表1可查得发射天线增益G=11 dB (kW)。而电视塔使用馈管型号为SDY-50-80，长度约为320米，百米损耗为0.63 dB，可计算得馈线损耗L=0.63⋆3.2 ≈ 2.02dB(kW)。

计算有效辐射功率Pe：

Pe =P+G-L=7+11-2.02=18.98 dB(kW)

即江苏广播电视塔发射的FM93.7MHz的有效辐射功率为18.98 dB(kW)

发射天线增益G与天线层数的关系：

表1 天线增益表

图1 100MHz场强曲线图

（2）计算归一化场强E1

选取采样点：句容南G104和S243交汇口。

广播电视塔地理坐标：纬度 32.0678，经度118.7451。由经纬度计算或地图比例尺测量得出采样点距发射站点距离D=41.4km。

广播电视塔天线高度约为293.8m，为计算方便取发射天线等效高度h1=300m，采用ITU-R P.1546建议书的100MHz和600MHz模型曲线图，通过距离和频率的内插外推计算得出归一化场强E1。

根据图1计算距离函数的场强内插外推：

h1=300m，距离函数的场强内插：

E1 = Einf + (EsupEinf) log (d/dinf) /log (dsup/dinf) dB(V/m)

需做出场强预测的距离d=41.4km

表格内小于d的最接近的距离dinf=40km

表格内大于d的最接近的距离dsup=50km

dinf处的场强值Einf =55dB(V/m)

dsup处的场强值Esup =50dB(V/m)

E1=55 + (5055) log (41.4/40) /log (50 /40)=54.06 dB(V/m)

图2 600MHz场强曲线图

根据图2计算距离函数的场强内插外推：

h1=300m，距离函数的场强内插：

E1 = Einf + (EsupEinf) log (d/dinf) /log (dsup /dinf) dB(V/m)

需做出场强预测的距离d=41.4km

表格内小于d的最接近的距离dinf=40km

表格内大于d的最接近的距离 dsup =50km

dinf处的场强值Einf =52dB(V/m)

dsup处的场强值Esup =46dB(V/m)

E1 = 52 + (4652) log (41.4/40) /log (50 /40)=50.87 dB(V/m)

计算频率函数的场强内插外推：

h1=300m，频率函数的场强内插和外推：

E1 = Einf+ (Esup Einf) log (f/finf) /log(fsup /finf) dB(V/m)

需做出场强预测的频率f =93.7（MHz）

低端标称频率（f ＜ 600 MHz时为100 MHz，否则为600 MHz）finf = 100 MHz

高端标称频率（f ＜ 600 MHz时为600 MHz，否则为2000 MHz）fsup =600MHz

finf的场强值Einf = 54.06 dB(V/m)

fsup的场强值Esup = 50.87 dB(V/m)

E1 = 54.06+ (50.87 54.06) log (93.7/100) / log(600/100)=54.18dB(V/m)

衰减校正系数 A=F(Δh)，采用ITU-RP.370-7 建议书的曲线，如图3所示。

按 Δh ＝150m，D=41.4km时，处于在10＜ D ≤50km中，A值线性增加。

根据线性计算 A=7.6⋆（41.4-10）/（50-10）≈5.97dB

图3 衰减校正系数曲线图

根据统计曲线法，离发射机距离为D=41.4（km）处的场强E（dBμV/m）为：

E = Pe + E1 -A dB(μV/m)

有效辐射功率Pe=18.98 dB (kW)。

归一化场强E1=54.18dB，(μV/m)。

地形有关的衰减系数A=5.97 dB。

E = 18.98 +54.18 -5.97=67.19 dB(μV/m)由于理论计算中均采用 10m 天线进行测算，实际测量时采用的是车载 2m 天线，根据 ITU- RP.370-7 建议书规定，相对于 10 米处的值，接收天线高度在 1.5到 40m 之间变动会引起场强的变化，可表示为：

Height gain(dB) =(c/6)⋆2 0 lg(h2 /1 0 )

C：高度增益因子如表2所示。

表 2 高度增益因子表

因为测量频率为高频频段，测量地点为城市周边，所以高度增益因子：

c=6，且h2=2m，通过计算Height gain=(c/6)⋆2 0 lg(h2 /10 )

=(6/6)⋆2 0 lg(2 /10 ) = -13.98 dB对天线进行修正之后，即可计算出车载天线在采样点附近理论场强为67.19-13.98=53.21（dB）。

三、实际测量

测量设备：NATIONAL INSTRUMENTS NI-1000广播信号综合测试仪（美国国家仪器公司）如图4所示。

技术指标：

◆测量频率范围: 9kHz ～ 2.7GHz

◆最大实时测试带宽: 20MHz

◆频率分辨率: 0.5Hz～10MHz

◆解调制式：AM, FM,USB,LSB,CW,PM,Plus,IQ

◆测试功率范围: -135dBm ～ 30dBm

◆测试精度: ±1dB

◆射频衰减范围: 0 ～ 50dB 之间可调

◆输入阻抗: 50Ω

◆耦合方式: AC

图4 NATIONAL INSTRUMENTS NI-1000

标准的覆盖区测量方法是不等场强表示法，以发射台为中心，在给定的方向上作一条射线，沿着这条射线找出符合覆盖条件的边界点，根据计算精度和计算量要求，可以每隔 n°做一条射线，共 360/ n 个方向， 在每条射线上分别找出边界点， 最后把这些点连接起来， 形成一个封闭的多边形，这个多边形区域即为发射机的覆盖区。实际测量中，一般取 8 个方向进行覆盖区边界的测量。

检查服务场强 E 和可用场强值 E0之差，令ΔE=E- E0 。若 ΔE＞0,则沿同一射线行进，寻找下一个测试点测量。若 ΔE＜0,则沿同一射线反方向行进，进行下一次测量。反复测量，直到 ΔE 小于误差要求，则该方向的覆盖距离就是该点的服务距离。最后把各个方向的覆盖边界点连接起来，即可合并为一个闭合区域，该区域即为该发射机的覆盖区。

实际车载测量FM93.7MHz场强数据形成图5所示轨迹图。

经过测试系统模拟计算产生如图6所示的FM93.7MHz的场强图。

定点测量即使用标准的不等场强表示法，使用车载调频测试系统测量场强，如果测量场强值与边界场强值的差值满足测量要求，则通过软件提取此测量点经纬度、场强值等信息，否则继续寻找下一个边界测量点。FM93.7MHz定点测量如表3所示。

图5 采样点场强轨迹图

图6 场强图

表3 定点测量表

四、结束语

通过以上对调频广播场强的预测和实测分析，发现测量结果与理论计算基本相符。但在实践中还发现，复杂的地形地貌对调频广播覆盖的影响也较大，在测量和分析中必须留意。

调频广播覆盖区测量可以指导我们科学地选择台站位置和功率，通过统计曲线法场强预测和实地测量相结合，就能更高效、准确地完成覆盖区测量任务。